Σ-Δ 型 A/D 轉(zhuǎn)換器（Sigma-Delta ADC）

Σ-Δ 型 ADC 通過過采樣和噪聲整形技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于音頻處理、傳感器等領(lǐng)域。其核心是 Σ-Δ 調(diào)制器和數(shù)字濾波器：

調(diào)制器：以遠(yuǎn)高于奈奎斯特頻率的速率（如 100 倍）對輸入信號采樣，輸出 1 位數(shù)字流（0 或 1），通過反饋控制使數(shù)字流的平均值逼近輸入信號；

數(shù)字濾波器：對 1 位數(shù)字流進(jìn)行低通濾波和抽取，將高采樣率的 1 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為低采樣率的高分辨率數(shù)字信號（如 16~24 位）。

Σ-Δ 型 ADC 的精度極高（16~24 位），線性度好，但轉(zhuǎn)換速度較慢（采樣率通常 < 1MHz），適合低頻信號測量（如溫度、壓力、音頻）。其獨(dú)特優(yōu)勢是通過過采樣（如 256 倍）將量化噪聲推至高頻，大幅提升有效分辨率。

性能指標(biāo)：量化轉(zhuǎn)換質(zhì)量的核心參數(shù)

評估 A/D 轉(zhuǎn)換器性能的關(guān)鍵指標(biāo)包括分辨率、轉(zhuǎn)換速率、線性誤差、信噪比等，這些參數(shù)共同決定了轉(zhuǎn)換器在實(shí)際應(yīng)用中的適用性。

分辨率是指轉(zhuǎn)換器能區(qū)分的最小電壓變化，通常以量化位數(shù)（n）表示，計(jì)算公式為分辨率 = Vref/(2?)。例如，12 位 ADC 在 5V 參考電壓下的分辨率為 5V/4096≈1.22mV，即能分辨 1.22mV 的電壓變化。高分辨率意味著更高的測量精度，但會(huì)增加轉(zhuǎn)換時(shí)間和成本，需根據(jù)實(shí)際需求選擇（如溫度測量常用 12 位，音頻處理需 16~24 位）。

轉(zhuǎn)換速率（采樣率）是每秒完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，單位為 SPS（Samples Per Second）。低速 ADC（<1kSPS）適用于緩慢變化的信號（如環(huán)境溫度），中速 ADC（1kSPS~1MSPS）用于普通傳感器（如壓力、液位），高速 ADC（>1MSPS）則用于高速信號（如音頻、視頻、雷達(dá)）。需注意的是，轉(zhuǎn)換速率需與輸入信號帶寬匹配，避免因采樣不足導(dǎo)致信號失真。

線性誤差包括積分非線性（INL）和微分非線性（DNL），反映實(shí)際轉(zhuǎn)換曲線與理想直線的偏差。INL 是全量程范圍內(nèi)的最大偏差（通常以 LSB 為單位，1LSB=Vref/2?），12 位 ADC 的 INL 典型值為 ±1LSB；DNL 是相鄰量化區(qū)間的實(shí)際間隔與理想間隔的偏差，優(yōu)質(zhì) ADC 的 DNL 可控制在 ±0.5LSB 以內(nèi)。線性誤差直接影響測量精度，在精密儀器中需選擇 INL<±0.5LSB 的轉(zhuǎn)換器。

信噪比（SNR） 反映有用信號與噪聲的比值，單位為 dB，計(jì)算公式為 SNR=6.02n+1.76dB（理論值）。實(shí)際 ADC 的 SNR 受電路噪聲影響低于理論值，16 位 ADC 的典型 SNR 為 90~95dB。高信噪比意味著信號還原度高，適合音頻、通信等對信號質(zhì)量敏感的場景。